岩爆预测的Bayes 判别模型及应用-矿业114网 
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岩爆预测的Bayes 判别模型及应用
2011-08-01
基于Bayes 判别法强大的判别分类能力,将Bayes 判别理论应用到深部硬岩岩爆预测当 中. 选取最大切向应力σθ、单轴抗压强度σc 、单轴抗拉强度σt 和弹性能量指数Wet 作为影响岩爆 的因素,建立了以σθ/σc ,σc /σt 及Wet 为判别因子的岩爆预测的Bayes 判别模型,以国内外15 个深 部岩体实例为训练样本进行训练,利用训练好的模型对灵宝东峪矿区、平煤集团八矿深部开拓巷 道和铜陵冬瓜山深埋硬岩矿山岩爆进行预测. 实例研究表明:该模型回判估计误判率为0 ,预测 结果与工程实例实际岩爆情况相符合.
第 38 卷 第 4 期 中 国 矿 业 大 学 学 报 Vol. 38 No. 4 2 009 年 7 月 Journal of China University of Mining & Technology J ul. 2009 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 及 应 用 1 ,2 1 , 董 陇 军 付 玉 华 ( 1. 中 南 大 学 资 源 与 安 全 工 程 学 院 , 湖 南 长 沙 410083 ; 2. 江 西 理 工 大 学 应 用 科 学 学 院 , 江 西 赣 州 341000) 摘 要 : 基 于 Bayes 判 别 法 强 大 的 判 别 分 类 能 力 ,将 Bayes 判 别 理 论 应 用 到 深 部 硬 岩 岩 爆 预 测 当 中 . 选 取 最 大 切 向 应 力 σ 、单 轴 抗 压 强 度 σ 、单 轴 抗 拉 强 度 σ 和 弹 性 能 量 指 数 Wet 作 为 影 响 岩 爆 的 因 素 ,建 立 了 以 σ /σ ,σ /σ 及 Wet 为 判 别 因 子 的 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 ,以 国 内 外 15 个 深 θ c t θ c c t 部 岩 体 实 例 为 训 练 样 本 进 行 训 练 ,利 用 训 练 好 的 模 型 对 灵 宝 东 峪 矿 区 、平 煤 集 团 八 矿 深 部 开 拓 巷 道 和 铜 陵 冬 瓜 山 深 埋 硬 岩 矿 山 岩 爆 进 行 预 测 . 实 例 研 究 表 明 :该 模 型 回 判 估 计 误 判 率 为 0 ,预 测 结 果 与 工 程 实 例 实 际 岩 爆 情 况 相 符 合 . 关 键 词 : 采 矿 工 程 ; 岩 爆 ; Bayes 判 别 ; 预 测 中 图 分 类 号 : U 457 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :100021964 (2009) 0420528206 Bayes Discriminant Analysis Model and Its Application to the Prediction and Classification of Rockburst 1 ,2 1 FU Yu2hua , DON G Long2jun ( 1. School of Resources and Safety Engineering , Central South University , Changsha , Hunan 410083 , China ; 2 . School of Application and Science , Jiangxi University of Science and Technology , Ganzhou , Jiangxi 341000 , China) Abstract : A Bayes discriminant analysis (BDA) model is used to predict the possibility , and classification , of rockburst. Bayes discriminant analysis is a powerful way to classify and dis2 criminate between objects. The main factors controlling rockburst were included in the analy2 sis , including : tangential stress , σ θ ; uniaxial compressive strength , σ c ; uniaxial tensile strength ,σ ; and , elastic energy index , Wet . Three discrimination factors ,σ t θ /σ ,σ /σ c c t , and Wet were considered to be the discriminating factors of the model. Fifteen deep rock projects located either domestically or abroad were used as the training and testing samples. Rockbursts in the Dongyu mine of Lingbao , the PingDingShan deep development opening coal mine company and the Dongguashan deep2buried hard rock mine were predicted using this model. The predicted results are consistent with the observed ones. Key words : mining engineering ; rockburst ; bayes discriminant analysis model ; prediction 随 着 矿 山 ,水 利 水 电 ,铁 路 、公 路 隧 道 等 岩 体 工 程 向 深 部 发 展 ,岩 爆 作 为 一 种 深 部 灾 害 现 象 ,其 发 的 岩 爆 可 将 巨 岩 石 猛 烈 抛 出 ,甚 至 一 次 岩 爆 就 能 抛 出 数 以 吨 计 的 岩 块 和 岩 片 ,常 常 造 成 工 作 面 的 严 重 破 坏 、人 员 伤 亡 和 设 备 损 失 ,严 重 的 还 可 能 诱 发 地 震 ,造 成 地 表 建 筑 物 的 破 坏 . 因 此 ,对 岩 爆 预 测 理 论 与 方 法 的 研 究 已 成 为 一 个 刻 不 容 缓 急 需 解 决 的 重 要 问 题 . 近 几 十 年 来 ,国 内 外 学 者 在 岩 爆 预 测 方 面 [ 1 ] 生 越 来 越 频 繁 . 其 主 要 表 现 在 地 下 工 程 开 挖 过 程 中 硬 脆 性 围 岩 产 生 爆 裂 松 脱 、剥 落 、弹 射 甚 至 抛 掷 等 现 象 并 伴 有 不 同 程 度 的 爆 炸 、撕 裂 声 ,围 岩 释 放 大 量 能 量 ,使 几 米 至 几 百 米 的 硐 室 瞬 间 破 坏 ,严 重 收 稿 日 期 : 2008 - 09 - 04 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (50490274) ;国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 (973) 项 目 (2007CB209402) 作 者 简 介 : 付 玉 华 (19772) ,男 ,江 西 省 铅 山 县 人 ,讲 师 ,工 学 博 士 ,从 事 岩 土 工 程 稳 定 性 及 其 应 用 方 面 的 研 究 . E2mail : fyh1369 @126. com Tel : 13767784896 第 4 期 付 玉 华 等 : 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 及 应 用 529 [ 1217 ] ,从 强 度 、刚 度 、稳 定 、断 做 了 大 量 的 研 究 工 作 S K 的 取 值 见 表 2 表 2 按 σ Table 2 Selection of Ks according to different values of σ 0125 013 t /σ c 不 同 值 选 取 K S 裂 、损 伤 、突 变 、分 形 、能 量 以 及 专 门 的 室 内 岩 爆 模 拟 实 验 等 诸 多 方 面 对 岩 爆 现 象 进 行 了 分 析 研 究 ,提 出 了 各 种 假 设 和 判 据 . 但 是 由 于 岩 爆 预 测 问 题 的 复 杂 性 ,人 们 还 没 有 从 根 本 上 弄 清 楚 岩 爆 发 生 的 机 t /σ c σ t/σ KS c 015 014 0175 0145 110 015 [15 ] 彭 祝 ,王 元 汉 等 根 据 Griffith 强 度 理 论 提 出 [ 223 ] 理 ,因 此 也 就 很 难 建 立 准 确 的 岩 爆 预 测 体 系 . 目 了 一 个 类 似 的 岩 爆 判 别 准 则 ,该 准 则 认 为 岩 爆 烈 度 前 国 内 外 有 关 岩 爆 预 测 预 报 的 方 法 ,有 单 因 素 预 测 、多 因 素 综 合 预 测 、定 性 分 析 、量 化 评 价 等 . 而 岩 爆 单 因 素 预 测 具 有 一 定 的 局 限 性 和 片 面 性 ,近 年 来 发 展 起 来 多 因 素 综 合 预 测 方 法 有 模 糊 数 学 综 合 评 与 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 和 单 轴 抗 拉 强 度 的 比 值 σ 有 关 (见 表 3) . c /σ t 表 3 按 σ c t /σ 对 岩 爆 的 分 类 Table 3 Classification of rockburst of σ c /σ 强 岩 爆 < 1415 t [ 4] [526 ] [7 ] 、支 持 向 量 基 方 法 、 等 近 现 代 方 法 . 这 些 方 法 在 岩 爆 分 级 无 岩 爆 弱 岩 爆 中 岩 爆 判 法 、灰 色 系 统 评 价 法 σ c/σ t > 40 2617~ 40 1415~ 2617 [ 8210 ] 以 及 人 工 神 经 网 络 当 σθ /σ t t c t 烈 度 与 σ /σ 有 关 .σ /σ 较 小 时 , 发 生 岩 爆 时 烈 度 较 大 ,σ /σ 较 大 时 ,发 生 岩 爆 的 烈 度 较 小 . 13 岩 爆 产 生 的 能 量 判 据 0 世 纪 80 年 代 ,波 兰 学 者 A. Kidybinsk 提 了 弹 性 能 量 指 数 ≥ 8 时 ,地 下 洞 室 可 能 发 生 岩 爆 . 岩 爆 岩 爆 预 测 过 程 中 起 到 了 一 定 的 积 极 作 用 ,但 由 于 此 类 多 因 素 预 测 方 法 需 要 确 定 指 标 权 重 ,往 往 受 人 为 因 素 的 影 响 ,因 此 ,探 讨 岩 爆 多 因 素 综 合 预 测 方 法 具 有 十 分 重 要 的 意 义 . c c t 1 [ 16 ] 2 判 别 分 析 法 是 根 据 观 测 到 的 样 本 若 干 数 量 特 W et , 也 称 冲 击 倾 向 指 数 , 它 是 征 对 新 获 得 的 样 本 进 行 识 别 ,判 断 其 所 属 类 型 的 一 [ 18] 弹 性 岩 石 试 件 在 受 力 变 形 过 程 中 ,达 到 峰 值 强 度 以 种 多 元 统 计 分 析 方 法 ,近 年 来 在 矿 业 工 程 领 域 19] . 本 文 借 鉴 判 别 分 析 中 Bayes [ 前 积 累 的 弹 性 应 变 能 与 卸 载 所 得 的 耗 损 应 变 能 之 得 到 了 较 好 应 用 比 . 实 际 中 常 采 用 W et = E 2 / E ,再 卸 载 到 0105σ 2 E 与 耗 散 的 弹 性 应 变 能 1 来 计 算 , 在 单 轴 应 判 别 理 论 原 理 ,选 取 目 前 公 认 的 影 响 岩 爆 的 主 要 因 素 ,对 岩 爆 进 行 预 测 ,并 在 实 际 工 程 的 预 测 中 取 得 了 良 好 效 果 ,为 岩 爆 的 预 测 提 供 一 条 新 途 径 . 力 下 先 加 载 到 (017 ~ 018)σ 卸 载 释 放 出 的 弹 性 应 变 能 c c 时 , E 1 之 比 , 它 能 较 好 地 反 映 岩 爆 的 存 在 及 其 烈 度 . 一 1 深 部 开 采 的 岩 爆 判 据 研 究 般 采 用 如 下 判 据 W et < 210 2 10 ≤ Wet ≤ 510 (中 等 冲 击 倾 向 ) , ( ) et > 510 (强 烈 冲 击 倾 向 ) . 总 之 ,在 岩 爆 预 测 研 究 方 面 ,国 内 外 学 者 已 提 (无 冲 击 倾 向 ) , 1 11 岩 爆 发 生 的 应 力 判 据 [4 ] 王 元 汉 等 认 为 岩 爆 的 产 生 与 洞 室 围 岩 应 力 2 W 相 关 ,应 力 判 据 常 以 围 岩 最 大 切 向 应 力 σ θ 和 岩 石   单 轴 抗 压 强 度 σ 之 比 值 σ /σ 表 示 , σ /σ c θ c θ c 越 大 ,则 出 了 许 多 的 方 法 和 判 据 ,从 工 程 实 际 的 角 度 出 发 建 立 的 判 据 往 往 都 具 有 考 虑 岩 爆 影 响 因 素 相 对 简 单 的 特 点 . 一 般 都 是 选 取 一 个 影 响 岩 爆 发 生 的 主 要 因 素 进 行 岩 爆 预 测 ,但 岩 爆 的 发 生 是 多 种 因 素 综 合 作 用 的 结 果 . 所 以 建 立 一 种 依 据 大 量 岩 爆 现 场 状 况 考 虑 多 个 岩 爆 影 响 因 素 的 预 测 模 型 ,将 能 够 提 高 岩 爆 判 定 的 准 确 性 . 近 年 来 发 展 起 的 多 因 素 岩 爆 预 测 模 型 如 :模 糊 数 学 模 型 、物 元 模 型 和 神 经 网 络 模 型 等 均 采 用 围 岩 最 大 切 向 应 力 与 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 比 岩 爆 发 生 可 能 性 及 岩 爆 烈 度 越 大 ,有 代 表 性 的 岩 爆 判 据 有 Russenes 岩 爆 判 据 和 王 元 汉 岩 爆 判 据 (见 表 1) . 表 1 按 σθ /σ c 值 对 岩 爆 的 分 类 Table1 Classification of Rockburst ofσθ /σ c 岩 爆 分 级 无 岩 爆 弱 岩 爆 中 岩 爆 强 岩 爆 Russenes 判 据 王 元 汉 判 据 < 012 < 013 012 ~ 013 013 ~ 015 013~ 0155 015 ~ 017 > 0155 > 017 1 12 岩 爆 发 生 的 岩 性 判 据 岩 性 是 岩 爆 发 生 与 否 及 其 烈 度 大 小 的 重 要 因 素 ,陆 家 佑 根 据 Griffith 理 论 提 出 岩 爆 烈 度 与 岩 石 单 轴 抗 压 强 度 和 岩 石 单 轴 抗 拉 强 度 的 比 值 σ /σ c 有 关 ,其 值 越 大 , 可 能 发 生 岩 爆 烈 度 越 大 .σ /σ 的 比 值 越 小 ,发 生 岩 爆 烈 度 则 越 小 . 在 陆 家 佑 提 出 的 岩 值 (σθ /σ c ) 、岩 石 单 轴 抗 压 强 度 和 抗 拉 强 度 比 值 (σ c /σ t ) 、岩 石 弹 性 应 变 能 指 数 Wet 作 为 岩 爆 预 测 分 析 的 主 要 影 响 因 素 . t t c 2 Bayes 判 别 模 型 计 算 理 论 [ 14 ] 爆 判 据 中 ,当 σ θ /σ c 满 足 下 式 时 将 产 生 岩 爆 211 Bayes 判 别 方 法 的 基 本 思 想 σ θ /σ c ≥ K S , (1) 用 统 计 的 语 言 来 描 述 Bayes 判 别 分 析 就 是 :  53 0 中 国 矿 业 大 学 学 报 第 38 卷 ∧ ∧ 1 , G 2 , ⋯ , G T 2 p , X , ⋯ , X ) 取 值 g i 已 知 有 g 个 p 维 总 体 G ,每 个 总 体 G 可 认 为 是 属 于 的 指 标 X = ( X 的 全 体 ,它 们 分 别 具 有 互 不 相 同 的 p 维 概 率 密 度 函 ( x) , ⋯ , f ( x) . 在 进 行 判 别 分 析 之 作 估 计 ,即 以 μ 1 = x (2) 以 及 Σ 代 替 式 (6) 中 的 μ 1 , G i 1 μ 2 和 Σ . 此 时 nk ∧ 1 k ( k) i ( k) = x , 数 f 1 ( x) , f 2 g μ k = n x (7) (8) ∑ i = 1 前 ,对 所 研 究 的 总 体 在 抽 样 前 已 有 一 定 的 了 解 ,常 用 先 验 概 率 分 布 来 描 述 这 种 认 识 ,然 后 基 于 抽 取 的 样 本 再 对 先 验 认 识 作 修 正 ,得 到 后 验 概 率 分 布 以 进 行 统 计 推 断 . 在 实 际 应 用 中 ,判 别 分 析 需 提 取 训 练 样 本 中 各 总 体 的 信 息 以 构 造 一 定 的 准 则 来 决 定 新 ∧ ( n 1 - 1) S 1 1 + ( n - 2 2 - 1) S 2 Σ △ , n + n 2 nk 1 - 1 ( k) i ( k) ( k) ( k) T ) , (9) S k = nk ( x - x ) ( x i - x ∑ i = 1 式 中 k = 1 ,2. 13 多 正 态 总 体 的 Bayes 判 别 将 两 正 态 总 体 的 Bayes 判 别 推 广 到 多 正 态 总 体 的 判 别 分 析 中 . [ 18 ] 样 品 的 归 属 问 题 12 两 正 态 总 体 的 Bayes 判 别 ) 马 氏 (Mahalanobis) 距 离 和 判 别 函 数 首 先 引 入 马 氏 距 离 和 判 别 函 数 的 概 念 . G 是 p 维 总 体 ,数 学 期 望 为 μ , 协 方 差 矩 阵 为 Σ , p 维 样 本 x 到 总 体 G 的 马 氏 距 离 定 义 为 . 2 2 1 设 1 2 g g个 p 维 正 态 总 体 G , G , ⋯ , G , 其 概 率 密 设 度 函 数 为 p 2 1 2 - - f i ( x) = (2π ) | Σ i | 发 T - 1 1/ 2 d( x , G) △ [ ( x - μ ) Σ ( x - μ ) ] (3a) , G 为 不 同 的 2 个 p 维 总 体 ,数 学 期 望 分 ,协 方 差 矩 阵 分 别 为 Σ 和 Σ ,考 察 样 品 x 到 2 总 体 的 马 氏 距 离 的 平 方 差 , 并 根 据 式 (1) 得 . 1 2 T - 1 i exp - ( x - μ i ) Σ ( x - μ i ) , (10)   设 G 1 2 别 为 μ 1 和 μ 2 1 2 式 中 i = 1 ,2 , ⋯ , g. 假 设 各 正 态 总 体 的 协 方 差 矩 阵 相 等 ,即 :Σ = ⋯ = Σ = Σ , 则 得 到 判 别 函 数 为 ( x) = μ 1 = 2 2 2 1 d ( x , G ) - d ( x , G ) = Σ 2 g T - 1 T Σ - 1 2 ( x - μ ) Σ (μ 1 - μ 2 ) , (3b) (3c) W i i x - 1 2 1 2 T - 1 Σ μ 式 中 μ = (μ 1 +μ ) . 令 2 μ i i + ln q i , (11) T - 1 W ( x) = ( x - μ ) Σ (μ 则 称 W ( x) 为 判 别 函 数 . ) Bayes 判 别 函 数 设 2 个 p 维 正 态 总 体 G 1 2 - μ ) , 式 中 i = 1 ,2 , ⋯ , g. 实 际 应 用 中 , 若 μ i ,Σ i 未 知 , 则 以 训 练 样 本 作 2 ( i) 估 计 ,即 以 训 练 样 本 的 样 本 均 值 x 和 样 本 方 差 S i 1 , G 2 , 其 概 率 密 度 函 数 作 为 μ i 和 Σ i 的 估 计 , 此 时 + ( n - 1) S + n + ⋯ + n g 为 ∧ Σ = ( n 1 - 1) S 1 2 2 g g + ⋯ + ( n - 1) S . - g p 2 1 2 - - n 1 2 f i ( x) = (2π ) | Σ i | 发 ( 12) 1 2 T - 1 exp ( x - μ i ) Σ ( x - μ i i ) , (4) 2 14 判 别 准 则 ) 两 正 态 总 体 的 Bayes 判 别 准 则 1 2 设 总 体 , G 的 先 验 概 率 分 布 分 别 为 q 和 q , 误 判 损 失 分 别 为 c(2| 1) 和 c(1| 2) . 对 给 定 的 样 品 式 中 :μ | 为 Σ 假 设 Σ i ,Σ i 为 两 总 体 的 均 值 向 量 和 协 方 差 矩 阵 ; 1 | Σ i i 的 行 列 式 , i = 1 ,2. G 1 2 1 2 = Σ = Σ , 根 据 式 (2) 和 式 (3) ,可 得 f f 1 2 ( x) ( x) 1 2 T - 1 x ,计 算 两 总 体 的 概 率 密 度 函 数 在 x 处 的 函 数 值 , 其 Bayes 判 别 准 则 为 = exp [ ( x - μ 2 2 ) Σ ( x - μ ) - - 1     ( x - μ 1 )Σ ( x - μ 1 ) = q 2 c(1 | 2) , W ( x) ≥ ln , W ( x) < ln x ∈ G 1 q 1 c(2 | ) . c(1 | 2) c(2 | 1) ( 13) 1 2 2 2 exp [ d ( x , G 2 ) - d ( x , G 1 ) ] = q q 1 2 x ∈ G 2 exp{ W ( x) } , (5)   2) 多 正 态 总 体 的 Bayes 判 别 准 则 设 总 体 , G , ⋯ , G 的 先 验 概 率 分 布 分 别 为 , ⋯ , q ,误 判 损 失 为 c( j | i) ( i , j = 1 ,2 , ⋯ , g , 式 中 G 1 2 g 1 2 T - 1 1 2 1 2 (μ +μ ) ] Σ (μ - μ ) , (6) W ( x) = [ x - q 1 , q 2 g 称 为 Bayes 判 别 函 数 . 实 际 应 用 中 ,若 μ i ≠ j) . 记 c( i | i) = 0. 在 等 误 判 损 失 下 , 其 Bayes 1 ,μ 2 和 Σ 未 知 ,则 用 训 练 样 本 判 别 准 则 为 第 4 期 付 玉 华 等 : 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 及 应 用 531 x ∈ G i ,若 1m≤ ak ≤xg{ W k ( x) } = W i ( x) . (14) 与 否 及 烈 度 大 小 的 15 个 实 例 (见 表 4) ,作 为 学 习 样 本 进 行 训 练 . 参 考 已 有 的 研 究 成 果 ,综 合 考 虑 后 , 3 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 及 工 程 应 用 选 用 σ 岩 爆 情 况 分 为 无 岩 爆 ( G 岩 爆 ( G ) 3 个 类 别 (总 体 ) . 结 合 前 文 介 绍 的 理 论 自 行 编 制 Matlab 程 序 进 行 计 算 ,其 预 测 结 果 表 4. θ /σ c ,σ c /σ t ,及 Wet 作 为 模 型 的 评 判 指 标 . 并 将 1 ) 、轻 微 岩 爆 ( G ) 和 中 等 2 311 评 判 指 标 的 选 取 及 模 型 的 建 立 3 从 文 献 [4 ]和 [9 ]提 供 的 国 内 外 若 干 典 型 大 型 岩 石 地 下 工 程 中 的 岩 爆 资 料 中 选 取 明 确 岩 爆 发 生 表 4 岩 爆 预 测 的 BDA 模 型 训 练 样 本 Table 4 Training samples of BDA of Rockburst prediction 序 号 工 程 名 称 二 滩 水 电 站 2 # 支 洞 σθ /σ c σ c/σ t Wet 实 际 情 况 预 测 情 况 1 2 3 4 5 6 7 8 9 01338 01409 01106 01227 01529 01096 01357 01420 01385 01444 01317 01774 01425 01404 01547 2410 2917 3112 2718 1510 2310 2411 2117 2117 2619 2117 1715 1410 1110 1114 6160 7130 7140 7180 9100 5170 5100 5100 5100 5150 5100 5150 7144 7108 6143 中 等 岩 爆 轻 微 岩 爆 无 岩 爆 中 等 岩 爆 轻 微 岩 爆 无 岩 爆 天 生 桥 二 级 水 电 站 引 水 隧 道 龙 羊 峡 水 电 站 地 下 洞 室 鲁 布 革 水 电 站 地 下 洞 室 渔 子 溪 水 电 站 引 水 隧 洞 李 家 峡 水 电 站 地 下 洞 室 瑞 典 Forsmark 核 电 站 冷 却 水 隧 洞 瑞 典 Vietas 水 电 站 引 水 隧 洞 前 苏 联 Rasvumchorr 矿 井 巷 意 大 利 Raibl 铅 硫 化 新 矿 井 巷 挪 威 Sewage 隧 道 无 岩 爆 无 岩 爆 中 等 岩 爆 无 岩 爆 中 等 岩 爆 无 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 轻 微 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 轻 微 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 挪 威 Heggura 公 路 隧 道 西 康 铁 路 秦 岭 隧 道 Dy K77 + 176 西 康 铁 路 秦 岭 隧 道 西 康 铁 路 秦 岭 隧 道 3 12 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 检 验 表 5 灵 宝 东 峪 矿 区 硬 岩 矿 山 岩 爆 预 测 结 果 Table 5 Rockbust prediction results of hard rock in Dongyu of Lingbao deep buried hard rock mine 为 了 考 察 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 的 有 效 性 和 正 确 性 ,用 建 立 的 模 型 对 15 组 训 练 样 本 逐 一 回 判 检 验 , 将 计 算 结 果 列 在 表 4 中 ,按 照 回 代 估 计 法 来 计 算 误 判 率 ,计 算 可 得 误 判 率 为 0 ,与 实 际 情 况 符 合 良 好 ,证 明 所 建 立 的 模 型 是 稳 定 可 靠 而 且 高 效 的 . Bayes 判 别 模 型 工 程 名 称 σθ /σ c σ c/σ t W et 实 际 情 况 8 88 坑 38 号 SM6200 段 01542 1212 4189 中 等 岩 爆 1409 3017 7130 轻 微 岩 爆 01461 2918 5130 轻 微 岩 爆 中 等 岩 爆 8 88 坑 38 号 SM4740 段 0 轻 微 岩 爆 轻 微 岩 爆 8 88 坑 38 号 SM4320 段 313 工 程 实 例 应 用 及 分 析 31311 工 程 实 例 一   在 实 际 施 工 过 程 中 ,在 开 挖 天 轮 洞 室 和 永 久 卷 河 南 省 灵 宝 市 金 源 矿 业 股 分 有 限 责 任 公 司 第 三 分 公 司 位 于 河 南 省 灵 宝 市 阳 平 镇 峪 口 村 境 内 ,是 小 秦 岭 金 矿 田 的 组 成 部 分 . 小 秦 岭 金 矿 处 于 昆 仑 - 秦 岭 东 西 向 复 杂 构 造 带 和 祁 吕 贺 山 字 型 构 造 前 弧 的 复 合 部 位 ,同 时 ,与 太 行 新 华 夏 系 构 造 形 成 反 接 , 构 造 十 分 复 杂 . 东 峪 矿 区 系 三 公 司 下 属 的 一 个 个 主 要 矿 区 . 扬 洞 室 及 竖 井 下 掘 到 91 m 时 都 发 生 过 中 等 规 模 的 岩 爆 现 象 . 现 已 分 别 采 用 喷 锚 网 及 钢 筋 混 凝 土 整 体 支 护 ,未 见 失 稳 . 此 外 ,在 SM4740 和 SM4320 等 处 发 生 过 多 次 轻 微 岩 爆 ,与 本 文 模 型 的 预 测 结 果 吻 合 良 好 ,说 明 本 文 建 立 的 模 型 是 正 确 可 靠 的 . 31312 工 程 实 例 二 铜 陵 有 色 金 属 (集 团 ) 公 司 冬 瓜 山 铜 矿 ,矿 体 赋 矿 区 888 坑 口 石 门 巷 道 长 9 km ,穿 越 5 条 含 金 矿 脉 . 矿 体 围 岩 主 要 为 条 带 状 混 合 岩 和 黑 云 斜 长 片 麻 岩 ,多 呈 块 状 结 构 ,岩 体 稳 固 性 好 . 其 次 为 金 品 位 低 于 1 g/ t 的 含 金 石 英 脉 和 糜 棱 岩 . 矿 区 于 888 坑 SM6200 附 近 设 置 了 一 个 用 于 探 矿 和 运 输 的 38 号 盲 竖 井 . 竖 井 设 计 高 度 600 m ,工 程 穿 越 混 合 花 岗 岩 和 片 麻 岩 ,施 工 过 程 中 出 现 了 岩 爆 ,用 本 文 建 立 的 模 型 进 行 岩 爆 预 测 ,预 测 结 果 见 表 5. 存 于 - 680~ - 1 000 m ,矿 体 走 向 长 810 m ,水 平 投 影 宽 204~ 882 m ,矿 体 最 大 厚 度 106 m ,一 般 为 8 30~ 50 m. 总 储 量 11088 45 自 10 t ,是 我 国 首 家 有 岩 爆 倾 向 的 典 型 深 埋 硬 岩 金 属 矿 山 . 国 家 科 委 在 “ 九 五 ”期 间 立 项 对 该 矿 山 开 采 进 行 研 究 ,其 中 ,岩 爆 控 制 研 究 是 其 主 要 研 究 内 容 之 一 . 利 用 学 习 好 的 BDA 模 型 对 其 岩 爆 情 况 进 行 预 测 ,结 果 显 示 将 发  53 2 中 国 矿 业 大 学 学 报 第 38 卷 生 中 等 岩 爆 (见 表 6) ,预 测 结 果 与 能 量 储 耗 指 数 法 2) 将 建 立 的 Bayes 判 别 模 型 应 用 到 铜 陵 有 色 金 属 (集 团 ) 公 司 冬 瓜 山 铜 矿 及 平 煤 集 团 八 矿 深 部 开 拓 巷 道 岩 爆 预 测 当 中 ,误 判 率 为 0 ,预 测 结 果 和 实 际 情 况 相 符 合 ,可 见 该 模 型 具 有 较 强 的 分 类 判 别 能 力 ,为 岩 爆 预 测 问 题 提 供 了 一 条 新 的 途 径 . 3) 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 是 建 立 在 有 限 的 工 程 实 例 原 始 数 据 资 料 基 础 上 ,其 预 测 的 准 确 性 受 到 原 始 资 料 数 据 代 表 性 、样 本 容 量 的 影 响 . 文 中 没 有 涉 及 强 岩 爆 的 预 测 问 题 ,在 实 际 应 用 中 ,可 根 据 具 体 情 况 ,广 泛 收 集 工 程 实 例 资 料 ,另 外 可 以 结 合 实 验 分 析 获 得 具 有 代 表 性 的 强 岩 爆 样 本 数 据 . 建 立 的 更 加 全 面 的 岩 爆 预 测 的 Bayes 判 别 模 型 ,使 得 预 测 结 果 更 加 符 合 实 际 情 况 ,经 进 一 步 的 验 证 与 完 善 之 后 可 以 在 实 际 的 岩 爆 预 测 中 推 广 使 用 . [ 18 ] 结 果 一 致 ,相 比 能 量 储 耗 指 数 法 , BDA 判 别 分 析 法 综 合 考 虑 了 影 响 岩 爆 发 生 的 内 因 和 外 因 ,较 为 准 确 全 面 的 反 应 了 岩 爆 发 生 的 过 程 . 且 预 测 结 果 与 现 场 情 况 基 本 符 合 . 实 际 情 况 是 在 - 790 m 水 平 运 输 巷 道 与 措 施 井 交 汇 处 该 水 平 运 输 巷 道 的 底 板 上 , 3 约 有 012 m 岩 石 在 相 当 于 2 只 雷 管 爆 炸 的 爆 裂 声 响 过 之 后 从 底 板 飞 出 ,进 行 锚 网 支 护 后 ,锚 杆 剪 断 , 并 在 岩 层 交 界 处 出 现 118 m 长 底 鼓 ;截 至 1999 年 底 ,已 记 录 规 模 较 大 的 岩 爆 有 10 多 次 . 在 - 850 m 中 段 出 矿 平 巷 掘 进 时 发 生 较 为 严 重 的 岩 爆 ,先 是 小 块 岩 石 片 落 后 是 大 块 岩 石 塌 落 ,在 打 锚 杆 支 护 后 还 出 现 拱 顶 冒 落 ,有 些 锚 杆 发 生 松 脱 ,影 响 长 度 约 15 m. 表 6 冬 瓜 山 深 埋 硬 岩 矿 山 岩 爆 预 测 结 果 Table 6 Rockbust prediction results of hard rock in Dongguashan deep~ buried hard rock mine 参 考 文 献 : [ [ [ 1 ] 何 满 潮 , 苗 金 丽 , 李 德 建 , 等 . 深 部 花 岗 岩 试 样 岩 爆 过 程 实 验 研 究 [J ]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2007 ,26 Bayes 判 别 模 型 能 量 储 耗 指 数 法 岩 石 种 类 σθ /σ c σ c/σ t W et 实 际 情 况 矽 卡 岩 01554 1111 3197 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 ( 5) :8652876. HE Man2chao , MIAO Jin2li , L I De2jian , et al. Ex2 perimental study on rockburst processes of granite specimen at great depth[J ]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering , 2007 ,26 (5) :8652876. 2 ] 左 宇 军 , 李 夕 兵 , 赵 国 彦 . 洞 室 层 裂 屈 曲 岩 爆 的 突 变 模 型 [J ]. 中 南 大 学 学 报 :自 然 科 学 版 , 2005 ,36 (2) : 3112316. 3 13. 3 工 程 实 例 三 平 煤 集 团 八 矿 三 水 西 大 巷 属 于 深 部 开 拓 巷 道 , 埋 深 为 800 m ,施 工 过 程 中 对 巷 道 进 行 岩 爆 预 测 表 7) . 在 施 工 掘 进 过 程 中 ,部 分 巷 道 出 现 了 岩 爆 ( 现 象 ,岩 爆 过 程 伴 随 着 较 大 的 声 响 、震 动 和 岩 体 片 3 帮 ,爆 出 岩 石 3~ 4 m ,给 安 全 掘 进 造 成 了 威 胁 ,属 于 中 等 岩 爆 ,应 用 训 练 好 的 BDA 模 型 对 该 矿 三 水 平 西 大 巷 岩 爆 情 况 进 行 预 测 ,结 果 显 示 会 发 生 中 等 岩 爆 ,这 与 实 际 情 况 相 符 合 . 由 于 Bayes 判 别 模 型 在 建 立 模 型 的 过 程 中 对 训 练 样 本 数 据 的 总 体 分 布 并 无 特 殊 要 求 ,所 以 具 有 很 强 的 实 用 性 ,同 时 不 需 要 确 定 指 标 权 重 ,这 就 排 除 了 人 为 因 素 对 判 别 结 果 的 影 响 ,使 得 预 测 结 果 能 够 更 加 准 确 地 反 应 岩 爆 的 实 际 情 况 . ZUO Yu2jun , L I Xi2bing , ZHAO Guo2yan. A catas2 trophe model for underground chamber rock burst un2 der lamination spallation bucking [J ]. J Cent South Univ : Science Edition , 2005 ,36 (2) : 3112316. 3 ] 许 迎 年 , 徐 文 胜 , 王 元 汉 , 等 . 岩 爆 模 拟 试 验 及 岩 爆 机 理 研 究 [J ]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2002 ,21 (10) : 1 46221466. XU Ying2nian , XU Wen2sheng , WAN G Yuan2han , et al. Simulation testing and mechanism studies on rockburst [J ]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering , 2002 ,21 (10) :146221466. 表 7 BDA 岩 爆 预 测 结 果 Table 7 BDA Rockbust prediction results Bayes 判 别 模 型 序 号 工 程 名 称 c t σθ /σ σ c/σ W et 实 际 情 况 [4 ] 王 元 汉 , 李 卧 东 , 李 启 光 , 等 . 岩 爆 预 测 的 模 糊 数 学 综 合 评 判 方 法 [J ]. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 1998 ,17 1 2 某 矿 三 水 平 西 大 巷 某 矿 三 水 平 西 大 巷 0136 2415 118 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 0156 1513 313 中 等 岩 爆 中 等 岩 爆 ( 5) :4932501. WAN G Yuan2han , L I Wo2dong , L I Qi2guang , et al. Method of fuzzy comprehensive evaluations for rock2 burst prediction [J ]. Chinese Journal of Rock Me2 chanics and Engineering , 1998 ,17 (5) :4932501. 5 ] 姜 彤 , 黄 志 全 , 赵 彦 彦 , 等 . 灰 色 系 统 最 优 归 类 模 型 在 岩 爆 预 测 中 的 应 用 [J ]. 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 , 2003 ,24 (2) :37240. 4 结 论 1 ) 深 部 开 采 岩 爆 的 预 测 受 到 多 种 因 素 的 综 合 影 响 , 本 文 基 于 Bayes 判 别 分 析 理 论 建 立 了 岩 爆 预 测 模 型 . 该 模 型